高中物理力学实验改进的实践

范义添

(江苏省南通市海门实验学校 226100)

高中物理是一门以实验为基础的学科，力学实验又占据着重要地位，还是难点之一，通常令师生双方头疼不已，成为教育教学中的一个热点课题.在高中物理力学实验教学中，部分实验教学一些效果并不是特别好，对原有实验装置或流程进行适当改进相当有必要，教师应结合具体实验环境、条件及高中生的身心特点加以改进，辅助他们学好力学理论知识.

一、适当增加课外实验，提升课堂教学趣味

在高中物理教学中，实验主要分为教师演示实验与学生操作实验两大类，而实验来源通常以课内为主，为改进实验教学质量，教师可适当增加一些课外实验，以此弥补教材内容的不足，同时提升物理课堂的趣味性与吸引力.由于力现象在现实生活中相当常见，高中物理教师在力学实验教学中应该适当增添一些生活化小实验，辅助学生理解抽象的物理知识.

在展开“摩擦力”教学时，当研究滑动摩擦力时，不少学生错误的认识只有滑动的物体才会受到滑动摩擦力的作用，这时为帮助他们正确认识滑动摩擦力的相关知识，教师可以增加一些有趣的小实验：先在黑板上随机写几个字，再随机邀请一名同学用黑板擦把这几个字擦掉.学生可以发现黑板上的字是在逐渐消失，这说明黑板擦和黑板之间产生的有滑动摩擦力，但是黑板相对应地面而言是静止的，并没有运动，不过也受到滑动摩擦力的作用，让他们明白即使是静止的物体，同样也有可能会受到滑动摩擦力的作用.之后，在探究滑动摩擦力的方向时，教师也可引入课外实验：将毛刷放在桌面上，用力水平拉动，学生观察毛变弯的方向，引领他们分析滑动摩擦力的方向.

针对上述案例，教师适当增加一些教材之外的实验，能够让力学知识变得更加丰富，虽然实验操作起来很简单，但是可以让学生获得一定的成就感，使他们的学习情绪高涨起来.

二、有效改进实验效果，教学内容更加科学

在高中物理力学实验教学中，教材中安排的部分实验可视性不强、效果一般，影响学生对实验过程与结果的观察，不利于他们对理论知识的理解和掌握.面对这些实验有效改进效果可谓是势在必行，高中物理教师在演示这些力学实验时，需通过改进实验器材或形式增强效果，提升实验现象的可视性，将教学内容变得更加科学，为学生提供良好的学习环境.

例如，在“力的合成和分解”教学实践中，当学习到“力的分解”时，教师可以对教材中的实验进行如下改进：将一个橡皮筋套在左手中指上，另外一端系上一个钩码，钩码一端与手掌之间用一铅笔支撑，让橡皮筋、铅笔和中指形成一个三角形.改进后的实验装置极具可控制性，当橡皮筋与铅笔的位置保持不变时，无论是增加还是减少钩码的数量，学生的手指均可以明显的感受到力的变化；而铅笔长度与钩码数量发生变化时，他们通过上下移动橡皮筋在手指的位置，同样能够明显感受到力在发生变化.从另一方面来讲，改进后的实验操作起来较为方便，可视性变得更强.学生还可把铅笔的一头削尖，让笔尖同手掌接触，让他们感受到刺痛感，使其增强对力的分解效果的体会.

在上述案例中，教师有效改进实验效果，将教学内容变得更加科学，学生更能体会到力的分解效果，使其理解分力及力的分解的概念，让他们知道力的分解是力的合成的逆运算.

三、巧妙改进实验细节，简化操作流程难度

在高中物理力学知识教学中，部分实验操作起来步骤繁杂、难度较大，极易受到一些细节的影响，而这些细节往往关系到整体实验操作的准确性与便捷性.因此，高中物理教师在力学实验教学过程中，应该认真分析实验内容，从细节方面加以改进与优化，努力提升实验的可行性与可操作性，并尽量简化实验操作流程和难度，指导学生顺利完成实验的操作.

比如，在讲授“实验：探究平抛运动的特点”过程中，教材安排的实验中，由于小球的运动时间比较短，学生很难绘制出小球的运动轨迹，教师可以指引学生改进实验仪器，让他们利用数码相机拍照，且借助几何画板将小球的运动轨迹绘制出来.具体来说，在实验操作中，教师指导学生把数码相机安装好，将快门时间调整至1秒，运用定焦镜头，把焦距调整好，当小球开始运动的同时按下数码相机的快门，运用闪光灯的曝光把小球在空中的运动轨迹抓拍住，这样他们能够轻松得到小球在空中的运动轨迹，使其利用平抛运动竖直分运动的特点探究水平方向分运动的特点.随后教师引导学生根据实验描绘出平抛物体的运动轨迹，判断轨迹是否是抛物线，求出平抛运动物体的初速度.

对于上述案例，教师巧妙改进实验细节，不仅可以降低绘制小球在空中运动轨迹的难度，还可以清晰揭示出小球的运动规律，让学生对平抛运动现象产生更为全面与清晰的认识.

四、合理改进实验误差，促使结果更为准确

在高中物理力学实验教学中，不少实验都会受到多种因素的影响，以至于实现结果同实际结果存在着一定的误差，根据误差来源能够分为系统误差与偶然误差.其中系统误差主要是由实验仪器性能与原理所引起的，很难避免，不过可通过适当改进来降低；而偶然误差的原因则是学生操作不当，教师要组织他们通过多次反复实验求得平均值，以此降低误差.

以“实验探究加速度与力的关系”教学为例，教师先按照教材要求设置实验装置，询问：在该实验装置中，水平方向是不是只受到钩码的拉力作用？还有没有其它力？这个力对实验结果有没有影响？怎么消除这一影响？引领学生分析影响实验的各种因素，对原始装置进行以下改进：利用斜面让重力的下滑分力来抵消摩擦力的影响，这样物体的加速度就完全由力来产生；在同小车相连的细线上增设一个拉力传感器，能够直接读出小车所受的拉力.接着，教师设问：怎么平衡摩擦力？引导学生回答：只要小车运动打出的纸带上点迹间距相等，表明小车做匀速运动，说明小车的摩擦力平衡的很好，否则重新调节，以此减少实验误差，随后指导他们结合改进的装置操作实验.

这样教师通过合理改进实验装置与增添器材，能够减少影响实验结果的因素，让学生在完美的实验环境中研究加速度与力的关系，促使他们运用控制变量法得出更为准确的结果.

五、灵活改进力学实验，直观呈现实验现象

新一轮教育改革已逐步深入至各个方面，这为高中物理实验教学的改进指明新的方向，面对一些难以操作，或细节无法突出、微观性较强的力学实验，教师可灵活运用各种方法改进操作装置或步骤，把部分细节变得突出，微观现象变得宏观化.总的来说，就是把抽象化的力学实验变得直观化，由此减少误差现象的出现，促进学生对理论知识的学习与理解.

在“牛顿第一定律实验”教学中，教师先分析实验原型的不足之处：小车的运动轨迹不易控制；接触面容易起褶皱从而影响小车运动的距离；测量小车运动的距离时可见性差，还容易浪费时间.再进行以下改进：把小车改成小钢球，同时给它预设运动轨道，从而能有效控制运动轨迹减小实验误差；接触面全都用铁夹夹住，解决接触面易起褶皱的问题；在轨道的后侧直接安装刻度尺，让学生能直接读出运动的距离.实验过程如下：

(1)安装实验装置；

(2)让小钢球从某一高度滚下经过毛巾后停下来，记录运动的距离；

(3)更换棉皮后从同一高度滚下，记录运动的距离；

(4)更换成木板后从同一高度滚下，记录运动的距离；

(5)分析实验数据导出实验结论.

如此，学生可以在在很短的时间内完成实验，现象显得直观、形象，他们的参与度较高，能够直接读出运动的距离，又能把三次实验的数据在刻度尺上标注出来，增强实验的可比性.

总之，在高中物理力学实验教学活动中，教师需结合现有的实验设备加以改进，让实验装置、操作步骤变得愈加简化、方便与精准，降低学生的学习难度，使其积极踊跃的参与到实验学习中，促进他们对理论知识的掌握，做到实验与理论的有机统一.